Глава 1.Электромагнитные колебания

Глава1. Электромагнитные колебания и ФОЭ.
Цель урока: Дать понятие об
Тип урока: Изучения нового материала.
Методы урока: Словесные и практические, компьютерный
Актуализация знаний: Электромагнитные явления ,
энергия, колебания и понятие об электронике.
Задачи урока: Развить навык умения анализировать
физическое явление, опыт, применять алгоритм
решения физических задач
Явление электромагнитной индукции
ΔB/Δt>0
N
+
A=Ei/q≠0
S
29 августа 1831г
М. Фарадей (англ. физ.)
17 октября 1831г
E
A=Ei/q=0
Меняющееся М.П.порождает меняющееся электрическое (вихревое)
Правило Ленца:
(русск.)1833г.
Связывает направление векторов В (меняющегося м. п.) Е
(индукционного вихревого э. п.) правилом « левого винта»
Индукционный ток всегда имеет
такое направление, при котором
ослабляется действие, его
вызвавшее
Закон электромагнитной индукции
Чем быстрее меняется магнитный поток,
тем сильнее индукционный ток Ii~ΔФ/Δt
Мембрана
Звук
Применение:
Микрофон: угольный, пьезо-,
ленточный, элю магнитный, эл.
динамический
Uзв
катушка
Ф=ВS
Вебер
=В∙с
Из Закона Ома и правила Ленца
имеем:Ei=-ΔФ/Δt (ЭДС индукции
равна скорости изменения м.п.
взятому со знаком «-»)
Правило Ленца
B
A=(Fs)
A
S
Является следствием выполнения
великого закона сохранения энергии
Индукционный ток всегда имеет такое
направление, что его магнитное поле
препятствует любым изменениям
магнитного потока его вызвавшего
Индукционные токи в сплошных проводниках называются
ТОКАМИ ФУКО
L=f (N,i,µ)
Явление возникновения ЭДС индукции
в электрической цепи где изменяется её
ток называется САМОИНДУКЦИЕЙ
В соответствии с правилом Ленца ЭДС ИНДУКЦИИ
всегда препятствует всякому изменению электротока цепи
Ф=Li E=- L Δi/Δt где L-индуктивность катушки
Маятники
Пружинный
F=mα
F=mα
R=-mg sin⍺
mα=-mg Sin⍺
ω²=k/m
F=-k x
Математический
mα=-k x
ω²=g/ℓ
α= -(k/m)x
ω²=1/LC
ℓ
⍺
α=-x g/ℓ
V
W=½kx²
mg
W=½mV²
Колебательный контур (электромагнитный)
Wc=Q²/2C
Wi=LI²/2
W=q²/2C+Li²/2
Итог урока:
q
C+ -
L
- +
T
q/C=-LΔi/Δt
⍺″=-ω²⍺
Δi /Δt=-q/LC
t
Колебательный контур
Вернёмся к более детальному рассмотрению великого
закона сохранения энергии на рассмотренных опытах.
При выключении цепи лампочка
G
вспыхивает чем в начале.
+
+
½Li²= Q ½Li²= ½CU²
+
При разрядке и
перезарядке С стрелка G
колеблется
Возникают свободные электрические колебания,
происходящие без потребления энергии из вне
E=Δφ+ iR -Li´=q/C+iR Li´+q/C+iR=Lq´´+Rq´+q/C=0
При R=0 q=qm cos(ω 0t+φ0) i=q´= qm ω cos(ω0t+φ0 +½π)
u=q/C=qm cos(ω0t+φ0)/C ω0 =√1/LC T= 2π/ω0= 2π√LC
ν=1/Τ=1/2π√LC частота-число колебаний в 1 времени.
Автоколебательный генератор
Для поддержания незатухающих
колебаний в К. К.нужно пополнять
запасы энергии в нём с помощью
трансформатора(+обр. связь)
+
В качестве быстродействующего ключа
можно использовать транзистор.
Переменный ток. Его получение.
Вынужденные электрические колебания- периодические
изменения I и U в сети ≈ тока, происходящие под
действием внешней ЭДС.
e =BSωsinωt
Ф=BS cosωt e =-Ф´
В
Em =BSωN Где N- число витков генератора
α
Ротор- вращающийся электромагнит или
n
катушка. Статор- неподвижная
R,L,С в цепи ~ тока. R-активное сопротивление
φ=0
u=Um cosωt, i=u/R= Im cos ωt p=ui=Pm cos²ωt P= ½ UmI m
I²R=½Im²R I= Im /√2 U= Um /√2
R=P/I²
Электрическая энергия превращается в тепловую.Pэл=Q
XL=Um /I m =Lω
Индуктивное сопротивление
Um
i=Im cos ωt e = -Li´=Im Lω sinωt Um =Im Lω Um I m =
φ=½π X L
u=-e= -Im Lω sinωt= Im Lω cos(ωt+π½)
Im
Электрическая энергия превращается в магнитную.Pэл=½LI²
Im
Ёмкостное сопротивление X c =1/ωC
φ=-½π
u=Um cosωt q=Cu=Um C cosωt Im=Um ωC
i=q´=- u=-UmωC sinωt= Um ωC cos(ωt+½π)
Закон Ома Энергию конденсатора
u=uR+uL+uC Z=√R²+(ωL-1/ωC)² I m=Um /Z
UmС
Сопротивления в цепи переменного тока
Активное- Емкостное Реактивное
Индуктивное
поглощение Е,
«себе –ничего»
превращая в тепло
i=u/R=(um/R) cos ωt
q/C=um cos ωt
i=q′=-Cωum sinωt
u=-e=Li′=-LωIm sinω
i=im cos(ωt-π½)
Im =Cωum
u=um cos(ωt-π½)
Xc= 1/Cω
Итог урока
i=Im cos ωt
um=LωIm
XL=Lω
Аналогия
Л.И.Мандельштам
Язык теории колебаний –»интернациональный»
Пружинный маятник
Колебательный контур
½mV²+½kx²=const
½Li²+q²/2C=const
F=-k x
x´´+ x k/m=0
U=q/C q´´+q1/CL=0
q= q m cos(ω0t+φ0)
x=xm cos(ω0t+φ0)
k1
k=Es/l
k2
ω=√k /m
k=k1 k2/(k1+k2)
C1
ω=√1/LC C= 0S/d
C 2 C=C1 C 2 /(C1+ C2 )
Получение и передача э. э
ГЭС, ТЭС и ТЭЦ ,АЭС.
D-1м,8м;105т;50Hz;8000A;30мкм. Костромская ГРЭС
Индукционный генератор: э.м.(индуктор)-ротор, якорь
(обмотка)-статор.f=n p, где р- число пар полюсов,
частота вращения ротора ,f частота ~ тока.
Трансформатор-
прибор для преобразования U ~ i
U=220V,6.3,200÷500,15000,1÷2.
w1
e1
w2
e2
1878г.Яблочков П. Н.
Cердечник- трансформаторная
сталь(малая коэрцитивная сила?).
Холостой ход Разомкнутая 2-ая обмотка
Ф=Ф1mcos ωt Рхх ≈ Р ст e=Ф´= ωФ1m sin ωt=E 1m sinωt
Ф1=Ф2 е1/е2=w1/w2 e=-u ,е1/е2=u1/u2=w1/w2 =k повышающий
Коэффициент трансформации: понижающий k>1 k<1
I2 Ф I1 >>Iхх ,Ф1≈Ф2
η~98÷99,5% При нагрузке
Ф=LI w, I1 /I2 ≈w2/w1=1/k P1≈P2
U1I1≈U2I2 Q=I²Rt
ЛЭП 500 P=UI cosφ,R=ρL/S
P=2ρLP²/SU²cos²φ
Итог урока:
Трансформатор
1878 Яблочков П.Н. , Усагин И.Ф.
∼u₁
u₂
n₁
1)ЭДС
n₂
ℰ₁/ℰ₂=n₁/n₂
n₁=40
Нагрузим:
Вхолостую:
(ℯi одного
Ф″
Ф′
R
первичной обмотки)
n₂=20
ℰ₁=n₁ ℯi
2)Переменный Ф во
Ф
1) Замкнем 2 цепь R
Понижающий вторичной ℰ₂=n₂ ℯ i 2)Идет ток I₂ он возбуждает Ф′
k= 2
3)Ослабляется Ф. уменьшается ℯ i
3)u₁=ℰ₁ т.к.r=0
u₂=ℰ₂Т.К. I₂=0 4)Увеличивается I₁, создается Ф″
5)Восстанавливается Ф u₁ I₁ ≈ u₂ I₂
u₁/u₂=n₁/n₂=k
Итог урока: